本發(fā)明涉及一種繩索驅(qū)動(dòng)裝置，特別是關(guān)于一種高精度繩索驅(qū)動(dòng)裝置，具體涉及繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域；

背景技術(shù)：

繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人主要包括繩索驅(qū)動(dòng)裝置、柔性繩索和動(dòng)平臺(tái)三個(gè)部分；繩索驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人具有工作空間大、負(fù)載能力強(qiáng)、快速可重構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，繩索驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)使得目標(biāo)工作平臺(tái)的工作范圍更大、運(yùn)動(dòng)速度更快。繩索驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人正在被廣泛運(yùn)用到各種操作機(jī)構(gòu)中，通過(guò)控制繩索的輸出長(zhǎng)度來(lái)控制動(dòng)平臺(tái)在工作空間中的位置姿態(tài)；在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中不僅需要精確控制繩索的輸出長(zhǎng)度，同時(shí)需要檢測(cè)繩索上拉力；現(xiàn)有的繩索驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置中多不能集成測(cè)量裝置，傳統(tǒng)測(cè)量方法是通過(guò)將繩索與拉力傳感器串聯(lián)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。但是應(yīng)用范圍窄，測(cè)量效果差，影響線(xiàn)路布局。

國(guó)內(nèi)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01410146203.1的專(zhuān)利公開(kāi)了一種具有張緊力測(cè)量功能的卷索裝置，該裝置由設(shè)置在滑臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)裝置和固定在平臺(tái)上的測(cè)量裝置組成，其測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且需要通過(guò)另外一臺(tái)電機(jī)來(lái)控制移動(dòng)卷筒，造價(jià)成本更高；其自身不具有繩索導(dǎo)引功能，需要依賴(lài)于其他導(dǎo)引裝置來(lái)引導(dǎo)繩索牽引方向；

國(guó)內(nèi)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01110026500.9的專(zhuān)利公開(kāi)了一種能實(shí)現(xiàn)快速重構(gòu)的繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人，該裝置有多組驅(qū)動(dòng)模塊、換向裝置和輸出裝置組成，但是由于沒(méi)有實(shí)時(shí)測(cè)量拉力，所以控制精度較低，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝維護(hù)困難，造價(jià)成本更高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種高精度繩索驅(qū)動(dòng)裝置，以期能實(shí)時(shí)測(cè)量驅(qū)動(dòng)繩索拉力，保證柔性繩索在刻槽卷筒上順序釋放或者纏繞并通過(guò)萬(wàn)向?qū)С鰴C(jī)構(gòu)引導(dǎo)至動(dòng)平臺(tái)，從而能提高繩索上拉力的控制精度和繩索輸出精度。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種高精度繩索驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)包括：一對(duì)主體支架、一對(duì)支撐桿、繩索、繩索導(dǎo)引機(jī)構(gòu)、萬(wàn)向?qū)С鰴C(jī)構(gòu)、實(shí)時(shí)拉力測(cè)量機(jī)構(gòu)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置；

所述繩索導(dǎo)引機(jī)構(gòu)包括：一對(duì)支撐光軸、刻槽卷筒、傳動(dòng)絲杠、移動(dòng)滑臺(tái)、直線(xiàn)軸承、同步帶、同步帶從動(dòng)輪與同步帶主動(dòng)輪；

所述實(shí)時(shí)拉力測(cè)量機(jī)構(gòu)包括：滑輪、拉壓力測(cè)量傳感器、滑輪支架、拉壓力傳感器支架以及旋轉(zhuǎn)支架；

所述萬(wàn)向?qū)С鰴C(jī)構(gòu)包括：萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)支架、萬(wàn)向?qū)С龌喤c軸銷(xiāo)；

所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括：減速機(jī)和伺服電機(jī)；

在所述一對(duì)主體支架之間的中心位置處設(shè)置有所述刻槽卷筒，在所述刻槽卷筒的下方設(shè)置有所述一對(duì)支撐桿；在所述刻槽卷筒的端軸上設(shè)置有所述同步帶主動(dòng)輪；在所述刻槽卷筒的上方設(shè)置有一對(duì)支撐光軸；在所述一對(duì)支撐光軸的上方之間設(shè)置有所述傳動(dòng)絲杠；在所述傳動(dòng)絲杠的端軸上設(shè)置有同步帶從動(dòng)輪；所述同步帶從動(dòng)輪與所述同步帶主動(dòng)輪之間通過(guò)所述同步帶連接，并位于所述一對(duì)主體支架的前端支架上；在所述傳動(dòng)絲杠和一對(duì)支撐光軸上設(shè)置有移動(dòng)滑臺(tái)；在所述移動(dòng)滑臺(tái)的兩側(cè)通過(guò)直線(xiàn)軸承與所述一對(duì)支撐光軸相連接；

在所述移動(dòng)滑臺(tái)上通過(guò)所述拉壓力傳感器支架設(shè)置有拉壓力測(cè)量傳感器，且所述拉壓力測(cè)量傳感器的水平面與所述移動(dòng)滑臺(tái)的安裝平面平行；在所述移動(dòng)滑臺(tái)的前端面，且與所述安裝平面垂直的位置上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)支架；所述旋轉(zhuǎn)支架與所述滑輪支架之間通過(guò)軸銷(xiāo)連接；在所述滑輪支架的上端處設(shè)置有上通孔，所述上通孔通過(guò)軸銷(xiāo)與所述拉壓力測(cè)量傳感器相連；在所述滑輪支架的下端處設(shè)置有下光孔，所述下通孔通過(guò)軸銷(xiāo)與所述滑輪相連；在所述刻槽卷筒上纏繞有所述繩索，所述繩索垂直向上繞過(guò)所述滑輪后水平延伸至所述一對(duì)主體支架的前端支架外側(cè)；

在所述一對(duì)主體支架的后端支架外側(cè)設(shè)置有減速機(jī)；所述減速機(jī)的輸出軸通過(guò)軸鍵與所述刻槽卷筒的輸入軸相連；所述減速機(jī)的輸入軸通過(guò)聯(lián)軸器與所述伺服電機(jī)相連；

所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述減速機(jī)順時(shí)針或逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，并一起帶動(dòng)所述刻槽卷筒同步旋轉(zhuǎn)，使得所述同步帶主動(dòng)輪通過(guò)同步帶帶動(dòng)所述傳動(dòng)絲杠同步旋轉(zhuǎn)，由所述傳動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)滑臺(tái)沿著所述一對(duì)支撐光軸軸向前后運(yùn)動(dòng)，從而利用所述滑輪實(shí)現(xiàn)所述繩索能在所述刻槽卷筒上進(jìn)行纏繞或釋放。

本發(fā)明所述的多構(gòu)型繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)也在于：

在所述一對(duì)主體支架的前端支架上設(shè)置有萬(wàn)向?qū)С鰴C(jī)構(gòu)；所述萬(wàn)向?qū)С鰴C(jī)構(gòu)包括：萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)支架、軸銷(xiāo)和導(dǎo)向滑輪，

在所述萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)支架上通過(guò)軸銷(xiāo)與所述導(dǎo)向滑輪相連接；

在所述萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)支架的底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸的中心設(shè)有繩索導(dǎo)入孔；所述繩索從所述繩索導(dǎo)入孔中穿出并經(jīng)過(guò)所述導(dǎo)向滑輪實(shí)現(xiàn)萬(wàn)向?qū)С觥?/p>

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)的高精度繩索驅(qū)動(dòng)裝置和動(dòng)平臺(tái)能夠根據(jù)實(shí)際任務(wù)需要來(lái)進(jìn)行布置安裝，繩索驅(qū)動(dòng)裝置上設(shè)置有繩索導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，能夠?qū)⒗K索順序且均勻地纏繞在卷筒上或者從卷筒上釋放，保證了繩索的輸出或者回收的速度與電機(jī)速度恒定，提高了繩索的控制精度。

2、本發(fā)明繩索驅(qū)動(dòng)裝置的繩索導(dǎo)引機(jī)構(gòu)上設(shè)置有根據(jù)杠桿原理設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)拉力測(cè)量裝置，該裝置實(shí)施方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；繩索在卷筒纏繞或者釋放時(shí)實(shí)時(shí)拉力測(cè)量裝置輔助繩索導(dǎo)引機(jī)構(gòu)將繩索在刻槽卷筒上纏繞或者釋放，不會(huì)與繩索脫落，并能實(shí)時(shí)反饋繩索上拉力。

3、本發(fā)明繩索驅(qū)動(dòng)裝置前端輸出位置設(shè)置有萬(wàn)向?qū)С鲅b置，萬(wàn)向?qū)С鲅b置的滑輪引導(dǎo)繩索繞自身軸旋轉(zhuǎn)并導(dǎo)向空間任意位置，不需要其他輔助導(dǎo)引機(jī)構(gòu)來(lái)設(shè)置繩索的輸出位置，提高了機(jī)器人的可重構(gòu)性和繩索輸出的精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種高精度繩索驅(qū)動(dòng)裝置；

圖2為本發(fā)明高精度繩索驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)時(shí)拉力測(cè)量機(jī)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)：支架2101、支撐桿2102、繩索2103、同步帶主動(dòng)輪2201、同步帶2202、同步帶從動(dòng)輪2203、支撐光軸2204、刻槽卷筒2205、直線(xiàn)軸承2206、移動(dòng)滑臺(tái)2207、傳動(dòng)絲杠2208、滑輪2301、滑輪支架2302、旋轉(zhuǎn)支架2303、拉壓力傳感器2304、軸銷(xiāo)2305、拉壓力傳感器支架2306、減速機(jī)2401、伺服電機(jī)2402、萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)支架2501、軸銷(xiāo)2502、萬(wàn)向?qū)С龌?503。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例中，如圖1所示，一種多構(gòu)型繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的繩索驅(qū)動(dòng)裝置包括：一對(duì)主體支架2101、一對(duì)支撐桿2102、繩索2103、繩索導(dǎo)引機(jī)構(gòu)2200、萬(wàn)向?qū)С鰴C(jī)構(gòu)2500、實(shí)時(shí)拉力測(cè)量機(jī)構(gòu)2300和伺服驅(qū)動(dòng)裝置2400；

繩索導(dǎo)引機(jī)構(gòu)2200包括：一對(duì)支撐光軸2204、刻槽卷筒2205、傳動(dòng)絲杠2208、移動(dòng)滑臺(tái)2207、直線(xiàn)軸承2206、同步帶2202、同步帶從動(dòng)輪2203與同步帶主動(dòng)輪2201；支撐光軸2204和傳動(dòng)絲杠2208具有負(fù)載支撐的作用，同時(shí)可以牽引移動(dòng)滑臺(tái)2207做水平方向的移動(dòng)；支撐光軸2204和傳動(dòng)絲杠2208的數(shù)目可以根據(jù)實(shí)際任務(wù)負(fù)載需求進(jìn)行調(diào)整，也可以采用直線(xiàn)導(dǎo)軌來(lái)替代支撐光軸2204或者傳動(dòng)絲杠2208；

如圖2所示，實(shí)時(shí)拉力測(cè)量機(jī)構(gòu)包括：滑輪2301、拉壓力測(cè)量傳感器2304、滑輪支架2302、拉壓力傳感器支架2306以及旋轉(zhuǎn)支架2303；實(shí)時(shí)拉力測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理是利用杠桿原理，將水平方向和豎直方向的繩索拉力通過(guò)杠桿作用傳遞到拉壓力傳感器；

萬(wàn)向?qū)С鰴C(jī)構(gòu)包括：萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)支架2501、萬(wàn)向?qū)С龌?503與軸銷(xiāo)2502；

伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括：減速機(jī)2401和伺服電機(jī)2402；伺服電機(jī)采用帶高精度編碼器的電機(jī)，可以反饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并轉(zhuǎn)換成繩索運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度反饋給上位機(jī)控制系統(tǒng)；減速機(jī)這里采用行星齒輪減速機(jī)，行星齒輪減速機(jī)具有減速比大，效率高，尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，也可以根據(jù)任務(wù)需要來(lái)設(shè)置其他減速機(jī)；

在一對(duì)主體支架2101之間的中心位置處設(shè)置有刻槽卷筒2205，刻槽卷筒上按照順時(shí)針螺旋線(xiàn)銑刻了標(biāo)準(zhǔn)的圓形凹槽或者梯形凹槽，凹槽的尺寸根據(jù)實(shí)際使用的繩索直接來(lái)一一對(duì)應(yīng)；刻槽卷筒可以采用經(jīng)過(guò)表面硬化處理的鋁合金材料制作加工，降低卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高能量利用效率；也可以用冶金陶瓷制作，陶瓷制作的卷筒具有表面光潔度高，摩擦力小的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于鋁合金材料能夠承載更大的負(fù)載；在刻槽卷筒2205的下方設(shè)置有一對(duì)支撐桿2102；

在刻槽卷筒2205的端軸上設(shè)置有同步帶主動(dòng)輪2201；同步帶傳動(dòng)裝置主要用來(lái)傳遞卷筒上的力矩至移動(dòng)滑臺(tái)，驅(qū)動(dòng)移動(dòng)滑臺(tái)做水平方向運(yùn)動(dòng)；可以采用齒輪或者其他鏈條或者帶傳動(dòng)方式，但是要保證繩索在刻槽卷筒上的移動(dòng)和移動(dòng)滑臺(tái)的移動(dòng)速度同步；在刻槽卷筒2205的上方設(shè)置有一對(duì)支撐光軸2204；在一對(duì)支撐光軸2204的上方之間設(shè)置有傳動(dòng)絲杠2208；在傳動(dòng)絲杠2208的端軸上設(shè)置有同步帶從動(dòng)輪2203；同步帶從動(dòng)輪2203與同步帶主動(dòng)輪2201之間通過(guò)同步帶2202連接，并位于一對(duì)主體支架2101的前端支架上；在傳動(dòng)絲杠2208和一對(duì)支撐光軸2204上設(shè)置有移動(dòng)滑臺(tái)2207；在移動(dòng)滑臺(tái)2207的兩側(cè)通過(guò)直線(xiàn)軸承2206與一對(duì)支撐光軸2204相連接；

在移動(dòng)滑臺(tái)2207上通過(guò)拉壓力傳感器支架2306設(shè)置有拉壓力測(cè)量傳感器2304，且拉壓力測(cè)量傳感器2304的水平面與移動(dòng)滑臺(tái)2207的安裝平面平行；在移動(dòng)滑臺(tái)207的前端面，且與安裝平面垂直的位置上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)支架2303；旋轉(zhuǎn)支架2303與滑輪支架2302之間通過(guò)軸銷(xiāo)連接；在滑輪支架2302的上端處設(shè)置有上通孔，上通孔通過(guò)軸銷(xiāo)與拉壓力測(cè)量傳感器2304相連；在滑輪支架2302的下端處設(shè)置有下通孔，下通孔通過(guò)軸銷(xiāo)與滑輪2301相連；在刻槽卷筒2205上纏繞有繩索2103，繩索2103垂直向上繞過(guò)滑輪2301后水平延伸至一對(duì)主體支架2101的前端支架外側(cè)；

實(shí)時(shí)拉力測(cè)量裝置2300是利用杠桿原理進(jìn)行測(cè)量繩索拉力，這里將旋轉(zhuǎn)支架2303中間位置設(shè)置旋轉(zhuǎn)用的固定通孔，上通孔連接拉壓力傳感器2304，下通孔連接滑輪，兩個(gè)通孔距離中間位置的旋轉(zhuǎn)通孔相等的距離，這樣滑輪上所受的繩索拉力就等于拉壓力傳感器上測(cè)量得到壓力；也可以根據(jù)需要改變這個(gè)杠桿力臂的長(zhǎng)度比值，來(lái)調(diào)整拉壓力傳感器上所受力大?。?/p>

如圖1所示，在一對(duì)主體支架2101的后端支架外側(cè)設(shè)置有減速機(jī)2401；通過(guò)所述減速機(jī)2401的輸出軸的軸鍵與刻槽卷筒2205的輸入軸相連，并傳遞電機(jī)的扭矩，也可以通過(guò)聯(lián)軸器連接；減速機(jī)2401的輸入軸通過(guò)聯(lián)軸器與伺服電機(jī)2402相連；

伺服電機(jī)2402驅(qū)動(dòng)減速機(jī)2401順時(shí)針或逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，并一起帶動(dòng)刻槽卷筒2205同步旋轉(zhuǎn)，使得同步帶主動(dòng)輪2201通過(guò)同步帶2202帶動(dòng)傳動(dòng)絲杠2208同步旋轉(zhuǎn)，由傳動(dòng)絲杠2208驅(qū)動(dòng)移動(dòng)滑臺(tái)2207沿著一對(duì)支撐光軸2204軸向前后運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)滑輪2301前后運(yùn)動(dòng)，從而利用滑輪2301實(shí)現(xiàn)繩索2103能在刻槽卷筒2205上進(jìn)行順序纏繞或釋放，避免了繩索直接在卷筒上纏繞時(shí)繩索之間干擾，干擾電機(jī)編碼器對(duì)繩索輸出長(zhǎng)度的計(jì)算。

具體實(shí)施中，在一對(duì)主體支架2101的前端支架上設(shè)置有萬(wàn)向?qū)С鰴C(jī)構(gòu)2500；萬(wàn)向?qū)С鰴C(jī)構(gòu)包括萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)支架2501、軸銷(xiāo)2502和導(dǎo)向滑輪2503；

在萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)支架2501上通過(guò)軸銷(xiāo)2502與所述導(dǎo)向滑輪2503相連接；

在萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)支架2501的底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸的中心設(shè)有繩索導(dǎo)入孔；繩索2103從繩索導(dǎo)入孔中穿出并經(jīng)過(guò)導(dǎo)向滑輪2503實(shí)現(xiàn)萬(wàn)向?qū)С?。繩索從萬(wàn)向?qū)С鲅b置出發(fā)連接至動(dòng)平臺(tái)的可旋轉(zhuǎn)固定環(huán)，萬(wàn)向?qū)С鲅b置可以任意改變導(dǎo)出方向，同時(shí)固定圓環(huán)可以繞自身軸旋轉(zhuǎn)，保證動(dòng)平臺(tái)位于工作空間任意位置時(shí)繩索的運(yùn)動(dòng)距離是可以通過(guò)空間位姿解算方法進(jìn)行計(jì)算。